影響光伏系統(tǒng)發(fā)電量的因素
作者: 發(fā)布時(shí)間:2018-04-13
光伏系統(tǒng)安裝之后,用戶最關(guān)心就是發(fā)電量,因?yàn)樗苯雨P(guān)系到用戶的投資回報(bào)。影響發(fā)電量的因素很多,組件、逆變、電纜的質(zhì)量、安裝朝向方位角、傾斜角度、灰塵、陰影遮擋、組件和逆變器配比系統(tǒng)方案、線路設(shè)計(jì)、施工、電網(wǎng)電壓等等各種因素都有可能。本系列文章將根據(jù)實(shí)際案例一一探討各種因素。本文主要討論組件因素對(duì)系統(tǒng)的影響。
1、組件灰塵影響
對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng),面板積塵對(duì)其影響不可小覷。面板表面的灰塵具有反射、散射和吸收太陽(yáng)輻射的作用,可降低太陽(yáng)的透過率,造成面板接收到的太陽(yáng)輻射減少,輸出功率也隨之減小,其作用與灰塵累積厚度成正比。
(1)溫度影響
目前光伏電站較多使用硅基太陽(yáng)電池組件,該組件對(duì)溫度十分敏感,隨灰塵在組件表面的積累,增大了光伏組件的傳熱熱阻,成為光伏組件上的隔熱層,影響其散熱。組件被遮擋后會(huì)誘發(fā)其背后的接線盒內(nèi)的旁路保護(hù)元件啟動(dòng),組件串中高達(dá)9A左右的直流電流會(huì)瞬間加載到旁路器件上,接線盒內(nèi)將產(chǎn)生100多度的高溫,這種高溫短期內(nèi)對(duì)電池板和接線盒均影響甚微,但如果陰影影響不消除而長(zhǎng)期存在的話,將嚴(yán)重影響到接線盒和電池板的使用壽命。行業(yè)新聞報(bào)道中,經(jīng)常出現(xiàn)接線盒被燒毀,遮擋就是罪魁禍?zhǔn)字弧?
太陽(yáng)電池組件中某些電池單片的電流、電壓發(fā)生了變化。其結(jié)果使太陽(yáng)電池組件局部電流與電壓之積增大,從而在這些電池組件上產(chǎn)生了局部溫升。太陽(yáng)電池組件中某些電池單片本身缺陷也可能使組件在工作時(shí)局部發(fā)熱,這種現(xiàn)象叫“熱斑效應(yīng)”。當(dāng)熱板效應(yīng)達(dá)到一定程度,組件上的焊點(diǎn)熔化并毀壞柵線,從而導(dǎo)致整個(gè)太陽(yáng)電池組件的報(bào)廢。據(jù)行業(yè)給出的數(shù)據(jù)顯示,熱斑效應(yīng)使太陽(yáng)電池組件的實(shí)際使用壽命至少減少10%。
(2)遮擋影響
灰塵附著在電池板表面,會(huì)對(duì)光線產(chǎn)生遮擋,吸收和反射等作用。
其中最主要是對(duì)光的遮擋作用,影響光伏電池板對(duì)光的吸收,從而影響光伏發(fā)電效率?;覊m沉積在電池板組件受光面,首先會(huì)使電池板表面透光率下降;其次會(huì)使部分光線的入射角度發(fā)生改變,造成光線在玻璃蓋板中不均勻傳播。有研究顯示在相同條件下,清潔的電池板組件與積灰組件相比,其輸出功率要高出至少5%,且積灰量越高,組件輸出性能下降越大。
(3)腐蝕影響
光伏面板表面大多為玻璃材質(zhì),當(dāng)濕潤(rùn)的酸性或堿性灰塵附在玻璃蓋板表面時(shí),玻璃表面就會(huì)慢慢被侵蝕,從而在表面形成坑坑洼洼的現(xiàn)象,導(dǎo)致光線在蓋板表面形成漫反射,在玻璃中的傳播均勻性受到破壞。光伏組件蓋板越粗糙,折射光的能量越小,實(shí)際到達(dá)光伏電池表面的能量減小,導(dǎo)致光伏電池發(fā)電量減小。并且粗糙的、帶有粘合性殘留物的黏滯表面比更光滑的表面更容易積累灰塵。而且灰塵本身也會(huì)吸附灰塵,一旦有了初始灰塵存在,就會(huì)導(dǎo)致更多的灰塵累積,加速了光伏電池發(fā)電量的衰減。
2、組件衰減
PID效應(yīng)(PotentialInducedDegradation)全稱為電勢(shì)誘導(dǎo)衰減。PID直接危害就是大量電荷聚集在電池片表面,使電池表面鈍化。PID效應(yīng)的危害使得電池組件的功率急劇衰減;使得電池組件的填充因子(FF)、開路電壓、短路電流減少;減少太陽(yáng)能電站的輸出功率,減少發(fā)電量,減少太陽(yáng)能發(fā)電站的電站收益。
為了抑制PID效應(yīng),組件廠家從材料、結(jié)構(gòu)等方面做了大量的工作并取得了一定的進(jìn)展;如采用抗PID材料、防PID電池和封裝技術(shù)等。有科學(xué)家做過實(shí)驗(yàn),已經(jīng)衰減的電池組件在100℃左右的溫度下烘干100小時(shí)以后,由PID引起的衰減現(xiàn)象消失了。實(shí)踐證明,組件PID現(xiàn)象是可逆的。PID問題的防治更多的是從逆變器端進(jìn)行,一是采用負(fù)極接地方法,消除組件負(fù)極對(duì)地的負(fù)壓;通過提升組件的電壓,讓所有的組件對(duì)地都實(shí)現(xiàn)正電壓,可以有效地消除PID現(xiàn)象。
3、如何從逆變器端檢測(cè)組件
組串監(jiān)控技術(shù)就是在逆變器組件輸入端,安裝電流傳感器和電壓檢測(cè)裝置,檢測(cè)到每個(gè)組串的電壓和電流值,通過分析每個(gè)組串的電壓和電流,從而判斷各組串運(yùn)行情況是否明顯正常,若有異常則及時(shí)顯示告警代碼,并精確定位異常組串。并能將故障記錄上傳至監(jiān)控系統(tǒng),便于運(yùn)維人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。
組串監(jiān)控技術(shù)雖然增加了一點(diǎn)點(diǎn)成本,這對(duì)于整個(gè)光伏系統(tǒng)仍然微不足道,但是起的作用卻很大:
(1)及時(shí)發(fā)現(xiàn)組件早期問題,組件灰塵、裂片、組件劃傷、熱斑等問題,前期并不明顯,但通過檢測(cè)相鄰組串間電流和電壓的差別,就可以分析組串是否有故障。及時(shí)處理,避免更大的損失。
(2)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),不需要專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),就能夠快速判斷故障類型,精確定位哪一路組串,運(yùn)維人員及時(shí)解決,最大程度減少損失。
組串監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖如下:
4、組件清洗
(1)人工清洗
人工清洗是最原始的組件清洗方式,完全依靠人力完成。這種清洗方式工作效率低、清洗周期長(zhǎng)、人力成本高,存在人身安全隱患。
人工干洗組件:人工干洗是采用長(zhǎng)柄絨拖布配合專用洗塵劑進(jìn)行清洗,使用的油性靜電吸塵劑。主要利用靜電吸附原理,具有吸附灰塵和沙粒的作用,能夠增強(qiáng)清洗工具吸塵去污能力,有效地避免在清掃時(shí)的灰塵沙粒飛揚(yáng)。由于完全依靠人力,存在表面殘留物較多、組件由受力不均可能產(chǎn)生變形隱裂的問題。壓縮空氣吹掃是通過專用裝置吹出壓縮空氣清除組件表面的灰塵,用于水資源匱乏的地區(qū)。這種方式效率低,且存在灰塵高速摩擦組件的問題,目前很少有電站使用。
人工水洗組件:人工水洗是以接在水車上(或水管上)的噴頭向光伏組件表面噴水沖刷,從而達(dá)到清洗的目的,壓力一般不超過0.4MPa,這種清洗方式優(yōu)于人工干洗,清洗效率高一些,但用水量較大。但水壓過大會(huì)造成光伏組件電池片的隱裂,導(dǎo)致大面積短路會(huì)造成發(fā)電效率降低。另外,水洗組件自然風(fēng)干后,在組件表面會(huì)形成水漬,形成微型陰影遮擋,影響發(fā)電效率。冬季使用高壓水槍產(chǎn)生的冰層會(huì)嚴(yán)重弱化組件的光學(xué)效應(yīng),北方地區(qū)尤為顯著。
(2)自動(dòng)清洗
半自動(dòng)清洗,目前該類設(shè)備以工程車輛為載體改裝為主,設(shè)備功率大、效率比較高,清洗工作對(duì)組件壓力一致性好,不會(huì)對(duì)組件產(chǎn)生不均衡的壓力,造成組件隱裂。清洗可采取清掃和水洗兩種模式,該方式對(duì)水資源的依賴性較低,但對(duì)光伏組件陣列的高度、寬度、陣列間路面狀況的要求較為苛刻。
自動(dòng)清洗方式是將清洗裝置安裝在光伏組件陣列上,通過程序控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)裝置對(duì)光伏組件的自動(dòng)清洗。這種清洗方式成本高昂,設(shè)計(jì)復(fù)雜。國(guó)內(nèi)已有智能清掃機(jī)器人,其方式是電站每排光伏組件安裝一臺(tái)清掃機(jī)器人,自動(dòng)定期清掃,無人值守。地勢(shì)平坦的光伏電站可以采用。